(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチキャリアシステムに適したアンテナダイバーシチ受信器に関し、高い遅延スプレッドの環境でパフォーマンスを改善したスイッチダイバーシチ合成器を提供する。【解決手段】マルチキャリアワイドバンド信号を受信するシステムで用いられるダイバーシチスイッチ合成器が、ガード間隔中に、複数のキャリア周波数のそれぞれについて、どのアンテナが最強のキャリアを提供するかを判定するように構成される。そしてスイッチが、後続のシンボルに対して、最強キャリアを最も多く提供するアンテナを選択するように動作する。【選択図】図２
2005168008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、前記アンテナからのマルチキャリアワイドバンド信号をベースバンド出力に供給されるベースバンド信号に変換する受信器回路とを備える受信器システムのためのダイバーシチスイッチ合成器であって、
前記受信器回路に前記アンテナを選択的に結合するスイッチ手段と、
複数のキャリアのそれぞれについて最良の信号品質を生成するアンテナを推定し、どのアンテナが最大数のキャリアに対して前記最良の信号品質を生成するかに応じて前記スイッチ手段の設定を制御するように動作可能なスイッチ制御手段と、
を備えるダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項２】
選択されたキャリアが所定値を有するパイロットであり、前記複数のキャリアが前記パイロットを含む、信号を受信する受信器システムにおいて使用される請求項１に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項３】
前記品質は、各パイロット測定値と前記パイロットに対する既知の値との差に従って推定される請求項２に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項４】
前記品質は、キャリア振幅に従って推定される請求項１または２に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項５】
共通の回路手段が、連続する測定値のセットが前記アンテナから取られることを可能にするように動作可能であり、各セットは、それぞれのアンテナに対して品質推定が行われることを可能にする請求項１〜４のいずれか一項に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項６】
前記共通の回路は前記受信器回路である請求項５に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項７】
前記スイッチ制御手段は、より最近の測定値に基づく品質推定値が有利になるように前記品質推定値を重み付けするように動作可能である請求項５または６に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項８】
ガード期間を含む連続するシンボルの形態で信号を受信する受信器システムにおいて使用され、
前記スイッチ制御手段は、前記信号の相対強度を判定するために前記ガード期間中に前記スイッチ設定を変更するように動作可能である
請求項１〜７のいずれか一項に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項９】
前記スイッチ制御手段は、各ガード期間中に前記相対信号強度を判定することによって、現在のシンボルに対する前記スイッチ設定を制御するように動作可能である請求項８に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項１０】
前記スイッチ手段は、ＲＦ信号を供給するように構成される請求項１〜９のいずれか一項に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項１１】
前記スイッチ手段は、ＩＦ信号を供給するように構成される請求項１〜９のいずれか一項に記載のダイバーシチスイッチ合成器。
【請求項１２】
複数のアンテナと、
前記アンテナから受信される信号をベースバンド信号に変換する受信器回路と、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のダイバーシチスイッチ合成器と
を備える受信器システム。
【請求項１３】
少なくとも２個のアンテナを有するワイドバンド受信器の動作方法であって、
受信信号に含まれる複数のキャリア周波数のそれぞれについて、それぞれの前記アンテナからの信号品質を比較することであって、それによって、どのアンテナが最良の品質を提供するかを判定する、信号品質を比較することと、
最高品質のキャリア周波数を最も多く供給するアンテナを選択することと、
前記選択されたアンテナを通じて受信される信号を復調することと
を含むワイドバンド受信器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
［発明の分野］
本発明は、アンテナダイバーシチ受信器に関し、詳細にはワイドバンド無線受信用に適したアンテナダイバーシチ受信器に関し、より詳細にはマルチキャリアシステム用に適したアンテナダイバーシチ受信器に関する。
【０００２】
［従来技術の説明］
アンテナダイバーシチ受信器は、マルチパスフェージングにより引き起こされる信号品質劣化を克服するために複数のアンテナを使用する。それらのアンテナの出力が独立にフェージングを受けるようにアンテナを配置すると、アンテナからの信号が合成されて、より高い品質の信号が生成されることができる。なぜなら、いずれのアンテナ（ブランチ）も同時に深いフェージングを受けるということが起こりにくいからである。これにより、受信器は、より低い信号強度のエリアで使用されること、あるいは、通常のシステムカバレジエリア(system coverage area)内で、より高い信号品質および信頼性を提供することが可能となる。
【０００３】
ダイバーシチ合成器の一般的な形態としてスイッチ合成器がある。スイッチ合成器で必要とされる完全な受信器は１個だけである。受信器は、アンテナ間のスイッチングを行い、どのアンテナが最強の信号を供給するかを判断する。これを行うためのいくつかの方式が存在するが、それらはいずれも、ワイドバンドチャネルに対する好適な方策とはなっていないと考えられる。いずれの場合も、スイッチ合成は、選択合成ほどにはうまく機能しない。選択合成では、２個の受信器を利用し、両方のアンテナのパフォーマンスを同時に監視することができるようにするが、スイッチを用いて、一度にそれらのうちの１つのみからの信号を選択する。一方、最大比合成(maximal ratio combining)（ＭＲＣ）では、それぞれのアンテナからの信号にそれぞれ作用する複数の受信器を同時に使用し、信号処理を用いてそれらの受信器の出力を合成する。これにより、スイッチ合成または選択合成のいずれよりも良好なパフォーマンスが得られるが、それらよりもやや高価となる。
【０００４】
ワイドバンドフェージングチャネルにおいて、送信信号の帯域幅は、チャネルのコヒーレンス帯域幅よりも広い（正確な定義については、S. R. Saunders著「Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems」（John Wiley & Sons、ＩＳＢＮ  ０４７１９８６０９７、１９９９年７月）を参照のこと）。このことは、受信信号帯域幅の異なる各部分が異なる程度にフェージングを受けるため、最適なアンテナの選択が不明確になるということを意味する。従来のスイッチ合成器であれば、受信器フィルタのそれぞれのチャネル出力のベクトル和を実行することによって、全信号帯域幅上で利用可能な全パワーに基づいて判断を行うことができる。図１（曲線Ａ）が示すように、これにより得られるダイバーシチ利得は、遅延スプレッドが大きい場合、すなわち、マルチパスエコーに起因して、受信器に到達する信号に顕著な遅延バージョンが存在する場合には、ほんのわずかである。この図におけるシミュレーションは、移動速度が２０ｋｍ／時の２個の同様な垂直アンテナを仮定している。シミュレートされたシステムは、ＩＴＵ−Ｔ  ＩＳＤＢ−Ｔデジタル放送規格を想定している。ダイバーシチ利得は、２×１０−４のビット誤り率を達成するのに必要なパワーを基準とする。曲線Ｂが示すように、スイッチ合成の代わりに選択合成を用いても、結果はさほど良好になるわけではない。
【０００５】
いずれの基準に基づくにしても、単一のアンテナを選択し、これを全ＩＳＤＢ−Ｔ帯域幅の受信のために用いると、パフォーマンスが大幅に劣化する可能性がある。このようなことになる理由は、ほとんどの場合、信号帯域幅内のどこかに深いヌル(deep null)があるため、帯域幅内の一部のキャリアには優れたダイバーシチ利得があるかもしれないが、他のキャリアでは全くダイバーシチ利得が得られず、それらを合わせた結果として得られるダイバーシチ利得が実質的に、帯域幅全体での平均となるからである。
【０００６】
遅延スプレッドがこの大幅なパフォーマンス劣化を引き起こすことが示されているのを考えると、高価なＭＲＣシステムを用いずに、好ましくはただ１つの受信器のみを用いて、この問題を回避する合成技法があれば注目に値するであろう。
【０００７】
したがって、高い遅延スプレッドの環境でパフォーマンスを改善したスイッチダイバーシチ合成器を提供することが望ましい。
【０００８】
［発明の概要］
本発明の諸態様は、添付の特許請求の範囲に記載の通りである。
【０００９】
本発明のもう１つの態様によれば、受信チャネル状態は、信号帯域幅にわたるいくつかの周波数で推定される。推定周波数の個数は、様々なチャネル状態を適切に表現するのに十分なものとする。チャネルは、いくつかの従来の手法によって推定することができる。一例として、ＩＳＤＢ−Ｔ規格では、分散パイロット(pilot)として知られる既知のシンボルがあり、種々の時刻に種々の周波数で送信される。受信器は、期待されるシンボルを受信データと比較し、比較によってチャネルを推定する。
【００１０】
１つのアンテナに対して選択されたすべての周波数でチャネルが推定されると、その結果が記憶され、スイッチが他方のアンテナに切り替わり、プロセスが繰り返される。それぞれのサンプル周波数でのチャネル値が最初のアンテナの場合と比較され、他方のアンテナより最大サンプルが多いアンテナが、後続の受信のために選択される。
【００１１】
最適な結果のためには、判定できる状態の２個のアンテナを監視するのに要する時間はできるだけ短くすべきであり、後続の受信期間は、チャネルコヒーレンス時間に比べて短くすべきである。
【００１２】
必要であれば、スイッチ合成の代わりに選択合成を用いることにより、それぞれのアンテナに対する品質推定値を同時に取得することも可能であるが、現在のところ、それによるパフォーマンス向上がこの手法による追加費用を正当化するほどになる可能性は低いと思われる。
【００１３】
本発明は、ガード期間と、それに続くシンボルの有効部分とを含むシンボルの形態で送信されるマルチキャリア信号に特に適用可能である。ここで、ガード期間は、有効部分の終端に対応する。この場合、品質推定は、好ましくはガード期間中に実行されるため、パフォーマンスを大幅に悪化させずにアンテナスイッチングを実施することができる。
【００１４】
合成器は、好ましくは、アンテナと受信器の間に配置され、それによりＲＦ信号を受信器に伝達する。別法として、合成器は、受信器内に、例えばＩＦセクション内に配置されることも可能である。ただしこの場合、合成器の前に、回路の別々のバージョンを提供しなければならない。
【００１５】
以下、本発明を具現化する構成を、添付図面を参照して、例として説明する。
【００１６】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
図２に、本発明の実施形態が示されている。受信器システム２は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号、特にＩＳＤＢ−Ｔ信号用であり、アンテナセクション４、スイッチ合成セクション６（スイッチ２０およびスイッチ制御手段２２を含む）および受信器回路８を含む。受信器回路８は、受信信号をベースバンドに変換する手段を備える。
【００１７】
アンテナセクション２において、２個のアンテナＡ１およびＡ２が、それらの出力がほぼ独立にフェージングを受けるように配置される。それらの出力は、スイッチ合成セクション６のスイッチ２０に結合される。スイッチ２０は、それぞれの出力を受信器回路８に結合するように動作可能である。
【００１８】
図２に示される受信器回路８は、従来の構成のものであり、ＲＦチューナフロントエンド８２を含む。ＲＦチューナフロントエンド８２は、アンテナからスイッチ２０を通じて信号を受け取る。フロントエンドの出力は、ダウンコンバータ・ＩＦ増幅器８４に送出される。ダウンコンバータ・ＩＦ増幅器８４は、その出力を、ＩＦ−ベースバンドコンバータ８６に供給する。コンバータ８６からのベースバンド信号は、ＦＦＴ・チャネル推定ブロック８８に送られる。ＦＦＴ・チャネル推定ブロック８８は、ＯＦＤＭキャリア信号を生成する。これらＯＦＤＭキャリア信号は復調器９４で復調される。ベースバンド信号は、シンボル同期回路９０およびサンプルクロック・周波数同期回路９２にも送出される。シンボル同期回路９０は、ＦＦＴ・チャネル推定ブロック８８の動作を同期させ、サンプルクロック・周波数同期回路９２は、ダウンコンバータ・ＩＦ増幅器８４およびＩＦ−ベースバンドコンバータ８６の動作を同期させる。
【００１９】
これは、図２のシステムで使用可能ないくつかの異なるタイプの受信器回路の単なる一例にすぎない。代替構成として、コンバータ８６の前の回路を重複させれば、スイッチ２０は、代わりに受信器回路８内に、例えばダウンコンバータ・ＩＦ増幅器８４とＩＦ−ベースバンドコンバータ８６の間に提供することも可能である。
【００２０】
受信器回路８によって導出されるベースバンド信号は、信号帯域幅内の各キャリアに対するチャネル振幅を表す。これらの信号は、従来の復調器回路９４に連続的に供給される。
【００２１】
受信器回路２０へのＲＦ入力は、電子制御されたスイッチ２０によって供給される。スイッチ２０は、スイッチ制御手段２２によって生成される制御電圧の値に応じて２個のアンテナの一方（Ａ１またはＡ２）を選択する。シンボルガード間隔中に、最初にアンテナＡ１が選択され、ＦＦＴ・チャネル推定ブロック８８によって導出されたキャリア振幅がスイッチ制御手段２２の第１のメモリ６２に記憶される。次に、スイッチ状態が変化してアンテナＡ２を選択し、キャリア振幅がスイッチ制御手段２２のもう１つのメモリ６４に記憶される。コンパレータのバンク６６が、２個のブランチの対応するキャリアの振幅を比較し、アンテナＡ１からのキャリアがアンテナＡ２からの同じキャリアよりも高い振幅である場合には正の出力電圧を生成し、それ以外の場合には負の出力電圧を生成する。すべてのコンパレータからの出力電圧が加算回路６８で加算され、過半数のコンパレータが、アンテナＡ１の振幅がアンテナＡ２からの振幅を超えることを示している場合には、加算回路６８は正の出力電圧を生成し、それ以外の場合には負の出力電圧を生成する。閾値回路７０は、正の入力があれば一定の正の出力電圧を生成し、負の入力があれば一定の負の出力を生成する。これらの電圧は、スイッチ２０をアンテナＡ１またはアンテナＡ２のいずれかの状態にするのに必要な制御電圧とそれぞれ一致する。この状態が送信シンボルの継続時間中保持された後、次のガード間隔となり、プロセス全体が繰り返される。
【００２２】
この構成は、それぞれのチャネルの品質を推定するために信号強度を用いる。信号品質を推定する他の種々の既知の方法がある。例えば、キャリアコンステレーションに対する正しい位置からのキャリア出力の距離を測定することができる。品質推定のために必ずしもすべてのキャリアを使用する必要はない。ただし、使用されるキャリアは、信号の周波数スペクトル全体に広がっているべきである。パイロットキャリアの実際の値を、故障のない(clean)無雑音システムでパイロットキャリアがとるべき既知の値と比較することによって、パイロットキャリアに基づいて品質推定を行うことが可能である。別法として、限定された個数のサンプルに基づくスペクトル推定を用いることも可能である。
【００２３】
スイッチ合成セクション６の多数決(voting)・スイッチングロジックによって実施される判定ステップは次の通りである。
【００２４】
各ガード間隔中：
アンテナＡ１にスイッチングする
アンテナＡ１に対するキャリアの品質推定値（例えば振幅）を記憶する
アンテナＡ２にスイッチングする
アンテナＡ２に対するキャリアの品質推定値（例えば振幅）を記憶する
記憶された値を比較する
最大勝ち数のブランチを選択する
その後：
ガード間隔の残りおよびサンプル継続時間の間、スイッチ状態を保持する。
【００２５】
品質推定がガード間隔の継続時間より長くかかる場合でも、スイッチングは、信号の有効部分の間に行うことが可能である。別法として、現在のシンボルの値について考慮される品質推定の時間が長くかかりすぎる場合には、スイッチ状態が、代わりに（まず、次の品質推定値を取得するために次のガード間隔中に状態を変更した後で）次のシンボルの有効部分に対して設定されることも可能である。プロセスを規則的に繰り返す必要はない。その代わりに、プロセスは、品質の悪化が検出されることによってトリガされることが可能である。
【００２６】
上記の実施形態は、さらに１つまたは複数の受信器回路８を用いて選択合成構成を提供するように変更可能であり、それにより、それぞれのアンテナに対するチャネル推定を同時に実施することができる。
【００２７】
図１の曲線Ｃは、スイッチ合成構成に対するダイバーシチ利得パフォーマンスを示している。これは、従来のスイッチ合成器よりも大幅に大きく、上記の多数決技法を用いて動作する選択合成構成（曲線Ｄ）の場合とほぼ同一である。
【００２８】
本手法は、各ブランチを順にスイッチングし、サンプル値を記憶し、すべてのブランチをチェックした後に、すべての記憶された値を比較することによって、２個より多くのブランチに容易に一般化することができる。最大信号強度のサンプルの個数が最大であるブランチが選択される。
【００２９】
複数のブランチの「勝ち」数が同数である引き分けの場合を解決するためには、一番最後に調べたブランチを選択すべきである。というのは、このチャネルは、この評価と次の受信期間との間での変化が最も少ないであろうからである。
【００３０】
より巧妙な手法として、各ブランチに、各サンプル周波数ごとのスコアを付与してもよい。このスコアは、当該サンプル周波数で推定される信号品質（例えば強度）とともに増大し、サンプリング時と受信期間の間の経過時間とともに減少する。例えば、アンテナＡ１の測定がアンテナＡ２の測定の前に行われる場合、アンテナＡ１の品質推定値に、それが見かけ上品質が低くなるように重み付けすることができる。最高スコアのブランチが、当該サンプル周波数に対する多数決の勝者と見なされる。この場合も、多数決における最大多数のブランチが選択される。
【００３１】
主受信器出力を生成するために用いられる受信器回路を、品質推定値の測定値を取得するためにも用いることが考えられるが、これは本質的ではない。
【００３２】
提案したダイバーシチシステムは、任意個数のアンテナを用いたいかなるワイドバンド無線システムにも適用可能である。本システムは、消費電力、サイズおよびコストが特に重要であるユーザ端末での応用に特に関連性がある。一方、基地局は通常、ブランチごとに１個の受信器回路を使用するダイバーシチ合成器を実施するであろう。
【００３３】
適用可能な具体的システムとしては以下のものがある。
・ＩＳＤＢ−Ｔ
・ＤＡＢ
・ＤＶＢ
・ＵＭＴＳ
・ｃｄｍａ２０００
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】種々のスイッチ合成器構成および選択合成器構成に対する異なる遅延スプレッドにおけるダイバーシチ利得を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態による受信器システムを模式的に示す。
【図１】
2005168008.tif 000003
【図２】
2005168008.tif 000004
【外国語明細書】
2005168008.tif 000005
2005168008.tif 000006
2005168008.tif 000007
2005168008.tif 000008
2005168008.tif 000009
2005168008.tif 000010
2005168008.tif 000011
2005168008.tif 000012
2005168008.tif 000013
2005168008.tif 000014
2005168008.tif 000015
2005168008.tif 000016
2005168008.tif 000017
2005168008.tif 000018
2005168008.tif 000019
2005168008.tif 000020
2005168008.tif 000021